发育的遗传基础 .ppt

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1、11发育的遗传基础发育的遗传基础T动物发育的历程动物发育的历程T胚胎发育的调控胚胎发育的调控T细胞分化细胞分化*T动物行为的遗传动物行为的遗传11.1细胞分化细胞分化是是基因选择性表达基因选择性表达的结果的结果按照细胞分化和基因的关系，可将基因分为：按照细胞分化和基因的关系，可将基因分为：管家基因管家基因：与分化细胞种类无关的基因，在任何细胞中都：与分化细胞种类无关的基因，在任何细胞中都表达，是维持细胞基本功能的必需基因表达，是维持细胞基本功能的必需基因 如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等。如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等。奢侈基因奢侈基因（组织特异性基因）：与分

2、化细胞特殊性状有关（组织特异性基因）：与分化细胞特殊性状有关的基因的基因1 1 细胞的全能性细胞的全能性植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性已经分化的动物体细胞核仍具有发育成一个个体的潜能吗已经分化的动物体细胞核仍具有发育成一个个体的潜能吗？关于动物的核移植关于动物的核移植体细胞克隆的理论基础体细胞克隆的理论基础去分化因子去分化因子2 2 干细胞干细胞T一般认为：指在理论上具有无限一般认为：指在理论上具有无限“自我更新能力自我更新能力”和多方和多方向分化潜能的一类细胞向分化潜能的一类细胞T“自我更新自我更新”是指由它分裂形成的两个子细胞中，其中至是指由它分裂形成的两个子细胞中，其中至少有一个细

3、胞仍完全保持干细胞特性，另一个细胞可获得少有一个细胞仍完全保持干细胞特性，另一个细胞可获得有限分裂能力，并分化为组织或器官的特异性细胞有限分裂能力，并分化为组织或器官的特异性细胞T多分化潜能是指能分化成多种细胞类型多分化潜能是指能分化成多种细胞类型根据发生学来源根据发生学来源 分为：分为：T胚胎干细胞：来自胚胎的细胞胚胎干细胞：来自胚胎的细胞T成体干细胞：成体干细胞：存在于已分化组织中的未分化的细胞存在于已分化组织中的未分化的细胞，仍具，仍具有自我更新和分化形成该组织多种类型细胞的能力有自我更新和分化形成该组织多种类型细胞的能力T如：造血干细胞、神经干细胞、皮肤表面干细胞等如：造血干细胞、神经

4、干细胞、皮肤表面干细胞等根据其分化潜能不同分为：根据其分化潜能不同分为：4全能干细胞：具有形成完整个体的分化潜能全能干细胞：具有形成完整个体的分化潜能4如受精卵如受精卵4多能干细胞：失去了发育成完整个体的能力，但多能干细胞：失去了发育成完整个体的能力，但具有分化出多种细胞组织的潜能（如胚胎干细胞、具有分化出多种细胞组织的潜能（如胚胎干细胞、胚胎生殖干细胞）胚胎生殖干细胞）4单能干细胞：只具有向单一细胞类型分化的细胞单能干细胞：只具有向单一细胞类型分化的细胞（造血干细胞、神经干细胞造血干细胞、神经干细胞）肿瘤干细胞肿瘤干细胞肿瘤干细胞比非肿瘤干细胞具有更快的修复由射线引起的肿瘤干细胞比非肿瘤干细

5、胞具有更快的修复由射线引起的DNADNA损伤，能躲避射线伤害，存活下来损伤，能躲避射线伤害，存活下来放疗和化疗主要清除分裂中的细胞，而肿瘤干细胞在大部放疗和化疗主要清除分裂中的细胞，而肿瘤干细胞在大部分时间里是保持静止状态，基本不受影响分时间里是保持静止状态，基本不受影响肿瘤干细胞比一般的癌细胞能生成更多的血管发生启动蛋肿瘤干细胞比一般的癌细胞能生成更多的血管发生启动蛋白，刺激癌肿块中新血管发生，提供营养白，刺激癌肿块中新血管发生，提供营养肿瘤干细胞可驱动癌细胞在体内转移肿瘤干细胞可驱动癌细胞在体内转移3 3 细胞凋亡细胞凋亡T细胞凋亡细胞凋亡T细胞坏死细胞坏死T与细胞凋亡相关的基因与细胞凋亡

6、相关的基因T细胞凋亡的分子机制细胞凋亡的分子机制（1）细胞凋亡）细胞凋亡是指一种主动地、由基因决定的细胞自我破坏的过程，是指一种主动地、由基因决定的细胞自我破坏的过程，也称细胞程序性死亡（也称细胞程序性死亡（PCDPCD）+细胞凋亡是：细胞凋亡是：1、生物体清除、生物体清除多余无用细胞多余无用细胞不正常细胞不正常细胞有害细胞有害细胞完成正常使命的衰老细胞完成正常使命的衰老细胞2、控制组织器官各部分的细胞总数、控制组织器官各部分的细胞总数+以维持整体的正常发育和健康生长的以维持整体的正常发育和健康生长的生理机制生理机制（2 2）细胞坏死）细胞坏死由由极极端端的的物物理理、化化学学因因素素或或严严

7、重重的的病病理理性性刺刺激激引引起的细胞损伤或死亡起的细胞损伤或死亡（3）细胞凋亡与细胞坏死的比较）细胞凋亡与细胞坏死的比较细胞凋亡细胞凋亡细胞坏死细胞坏死细胞变圆、变小细胞变圆、变小细胞膨胀，外形变得不规则细胞膨胀，外形变得不规则核内成分、细胞质成分密度增高，发核内成分、细胞质成分密度增高，发生凝聚生凝聚溶酶体膜破坏，水解酶破坏胞内成溶酶体膜破坏，水解酶破坏胞内成分分细胞膜内陷，将胞内物质分割包围成细胞膜内陷，将胞内物质分割包围成凋亡小体凋亡小体细胞膜破坏，胞浆外溢细胞膜破坏，胞浆外溢凋亡小体被周围细胞吞噬凋亡小体被周围细胞吞噬细胞外溢成分侵袭影响周围组织细胞外溢成分侵袭影响周围组织胞内含物

8、不外溢，周围不发生炎症胞内含物不外溢，周围不发生炎症经常引起炎症经常引起炎症（4 4）凋亡相关基因）凋亡相关基因Y死亡基因（凋亡基因）死亡基因（凋亡基因）Y生存基因（凋亡抑制基因）生存基因（凋亡抑制基因）Y肿瘤抑制基因肿瘤抑制基因A A、死亡基因、死亡基因细胞凋亡基因细胞凋亡基因qICE ICE 19951995年在高等哺乳动物中发现年在高等哺乳动物中发现q白介素白介素11转化酶转化酶（interleukin-1 converting enzyme ICE）表达产物表达产物ICEICE类似蛋白酶类似蛋白酶作用底物作用底物 聚腺苷二磷酸核糖聚合酶聚腺苷二磷酸核糖聚合酶此聚合酶结合在此聚合酶结合在

9、DNADNA断裂处断裂处,参与染色质参与染色质DNADNA修复工作修复工作ICEICE类类似似蛋蛋白白酶酶通通过过降降解解此此聚聚合合酶酶,引引起起DNADNA修修复复的的抑抑制制及及核酸内切酶活性增加核酸内切酶活性增加,造成染色质断裂造成染色质断裂,使细胞发生凋亡使细胞发生凋亡凋亡的分子机制凋亡的分子机制从从线虫到哺乳动物有相当一致之处线虫到哺乳动物有相当一致之处B B、生存基因、生存基因凋亡抑制基因凋亡抑制基因C C、肿瘤抑制基因、肿瘤抑制基因 p53p53、P16P16qBCL-2BCL-2基因最初在滤泡性基因最初在滤泡性B B细胞淋巴瘤中得到鉴别细胞淋巴瘤中得到鉴别qBcl-2 Bcl

10、-2 可可阻阻止止凋凋亡亡形形成成因因子子如如细细胞胞色色素素C C等等从从线线粒粒体体释放出来，具有抗凋亡作用释放出来，具有抗凋亡作用 q线虫线虫CEDCED9 9是哺乳动物是哺乳动物BCL-2BCL-2的同源物的同源物qBCL-2BCL-2，CED-9CED-9，维维持持细细胞胞生生存存，不不是是促促进进细细胞胞数数目目增增加的加的P53P53基因基因q1 1、促进细胞凋亡、促进细胞凋亡qBcl-2 Bcl-2 可可阻阻止止凋凋亡亡形形成成因因子子如如细细胞胞色色素素C C等等从从线线粒粒体体释释放放出来，具有抗凋亡作用出来，具有抗凋亡作用 q凋亡促进剂凋亡促进剂(Bax)(Bax)基因基

11、因可与线粒体上的电压依赖性离子通可与线粒体上的电压依赖性离子通道相互作用，介导细胞色素道相互作用，介导细胞色素c c的释放，具有凋亡作用的释放，具有凋亡作用qp53p53可以上调可以上调BaxBax的表达水平，下调的表达水平，下调Bcl-2Bcl-2的表达，共同完的表达，共同完成促进细胞凋亡作用。成促进细胞凋亡作用。qP53P53还可通过死亡信号受体蛋白途径诱导凋亡还可通过死亡信号受体蛋白途径诱导凋亡 q2 2、阻滞细胞周期、阻滞细胞周期qP53P53表达产物是与专一性表达产物是与专一性DNADNA结合的结合的核蛋白核蛋白P53P53q可通过将细胞阻断于可通过将细胞阻断于G1G1期而抑制细胞生

12、长期而抑制细胞生长qP53P53基因在肿瘤中突变率高基因在肿瘤中突变率高a周期蛋白只有与周期蛋白只有与CDK结合并磷酸化后，结合并磷酸化后，CDK激酶才能激酶才能表现出活性，启动有丝分裂表现出活性，启动有丝分裂aP16P16基因，编码基因，编码P16P16蛋白，与蛋白，与依赖细胞周期蛋白激酶依赖细胞周期蛋白激酶4(CDK4)4(CDK4)结合，抑制细胞周期蛋白和结合，抑制细胞周期蛋白和CDK4CDK4活性，也称活性，也称CDK4CDK4抑制因子。抑制因子。aP16P16蛋白对肿瘤生成有抑制作用蛋白对肿瘤生成有抑制作用aP16P16蛋白比蛋白比P53P53蛋白作用直接、专一，可特异性抑制蛋白作用

13、直接、专一，可特异性抑制CDK4CDK4、CDK6CDK6aP16P16在肿瘤中突变率高、分布广在肿瘤中突变率高、分布广P16P16基因基因（6 6）凋亡机制凋亡机制哺乳动物中细胞凋亡包括外在死亡受体途径哺乳动物中细胞凋亡包括外在死亡受体途径和内在线粒体途径两种和内在线粒体途径两种线粒体中细胞色素线粒体中细胞色素C C进入细胞质便成了死亡因进入细胞质便成了死亡因子，引起细胞凋亡子，引起细胞凋亡营养成分分泌不足，可造成细胞色素营养成分分泌不足，可造成细胞色素C C进入细进入细胞质胞质11.1.4 11.1.4 细胞衰老细胞衰老组成细胞的化学物质在运动中不断受到内外环境的组成细胞的化学物质在运动中

14、不断受到内外环境的影响而发生损伤，造成功能退行性下降而老化。影响而发生损伤，造成功能退行性下降而老化。细胞的衰老与死亡是新陈代谢的自然现象。细胞的衰老与死亡是新陈代谢的自然现象。衰老的假说：衰老的假说：体细胞突变学说体细胞突变学说端粒缩短端粒缩短损耗假说损耗假说基因钟假说基因钟假说1、体细胞突变学说：、体细胞突变学说：认为诱发和自发突变积累和功能基因的丧失，减少了功能性认为诱发和自发突变积累和功能基因的丧失，减少了功能性蛋白的合成，导致细胞的衰老和死亡。蛋白的合成，导致细胞的衰老和死亡。2 2、端粒学说、端粒学说染色体两端有端粒，细胞分裂次数多，端粒向内延染色体两端有端粒，细胞分裂次数多，端粒

15、向内延伸，正常伸，正常DNADNA受损。受损。LMNALMNA（Lamin ALamin A）基因为）基因为laminlamin（核纤层蛋白核纤层蛋白）A A和和lamin C lamin C 二种蛋白编码，二种蛋白编码，该基因所负责编码的蛋白质是细胞结构的支架，也参与基该基因所负责编码的蛋白质是细胞结构的支架，也参与基因表达和因表达和DNADNA复制。复制。早衰症研究基金会的研究人员于早衰症研究基金会的研究人员于20042004年年6 6月月1717日宣布，日宣布，Lamin ALamin A基因的突变，基因的突变，产生异常的产生异常的lamin A lamin A 蛋白，蛋白，从而导从而导

16、致细胞核膜不稳定致细胞核膜不稳定，容易让组织器官因强大身体力量而受，容易让组织器官因强大身体力量而受伤，如心血管和肌骨骼系统。伤，如心血管和肌骨骼系统。是导致早衰症儿童细胞结构及功能逐渐退化的原因。是导致早衰症儿童细胞结构及功能逐渐退化的原因。wernerwerner综合征综合征(成人早老症成人早老症)罕见的人类常染色体隐性遗传疾病，作为研究人类早老综罕见的人类常染色体隐性遗传疾病，作为研究人类早老综合征的典型病例。合征的典型病例。研究发现：体内解旋酶存在突变，该酶基因位于研究发现：体内解旋酶存在突变，该酶基因位于8 8号染色号染色体短臂体短臂8p11-12 8p11-12，称为，称为WRNW

17、RN基因基因WernerWerner综合征患者综合征患者皮肤成纤维细胞皮肤成纤维细胞在体外培养时生长潜能在体外培养时生长潜能显著下降，与正常同龄人细胞相比，复制寿命显著缩短，显著下降，与正常同龄人细胞相比，复制寿命显著缩短，体外培养一般只能分裂体外培养一般只能分裂2 21010代，代，而正常人可分裂而正常人可分裂20204040代。代。WernerWerner综合征中一个基因的突变可同时引起体内衰老相关综合征中一个基因的突变可同时引起体内衰老相关过程及体外培养细胞的衰老。过程及体外培养细胞的衰老。11.2 11.2 动物行为的遗传动物行为的遗传q基因和环境因素共同控制行为基因和环境因素共同控制

18、行为q本能行为和学习行为本能行为和学习行为q社会行为社会行为一、基因和环境因素共同控制行为一、基因和环境因素共同控制行为动物的行为是由基因和环境因素共同控制动物的行为是由基因和环境因素共同控制的理念已成为行为学家的共识的理念已成为行为学家的共识q如如:一个人遇到猛兽，一个人遇到猛兽，q通过视觉、听觉、嗅觉等途径把恐怖的刺激传入大脑，通过视觉、听觉、嗅觉等途径把恐怖的刺激传入大脑，q再通过大脑的一系列复杂的神经通路把整合的刺激信号再通过大脑的一系列复杂的神经通路把整合的刺激信号经几个途径传出：经几个途径传出：q第一条途径：把整合的信号传递给脑下垂体，由腺垂体第一条途径：把整合的信号传递给脑下垂体

19、，由腺垂体分泌促肾上腺皮质素，作用于分泌促肾上腺皮质素，作用于肾上腺皮质肾上腺皮质，促使它分泌，促使它分泌肾上腺皮质激素肾上腺皮质激素，使肝糖原水解为葡萄糖，使肝糖原水解为葡萄糖 q第二条途径：把整合的信号作用于第二条途径：把整合的信号作用于肾上腺髓质肾上腺髓质：分泌：分泌肾肾上腺素、去甲肾上腺素上腺素、去甲肾上腺素，使心跳加快、呼吸急促、血糖，使心跳加快、呼吸急促、血糖升高升高q第三条途径：脑内整合的刺激信号通过脊髓传到肌肉，第三条途径：脑内整合的刺激信号通过脊髓传到肌肉，做出逃跑或搏斗的行为做出逃跑或搏斗的行为二、本能行为和学习行为二、本能行为和学习行为本能行为：由遗传因素决定的，在个体发

20、育的适当阶段陆本能行为：由遗传因素决定的，在个体发育的适当阶段陆续出现。续出现。学习行为：动物通过对内外信息加工、整合，然后再利用学习行为：动物通过对内外信息加工、整合，然后再利用它去改变或修改对刺激的应答。它去改变或修改对刺激的应答。q食物的类型：食物的类型：靠粘附在体毛上的气味、反吐出的花蜜和花靠粘附在体毛上的气味、反吐出的花蜜和花粉传递粉传递q食物的数量和质量：食物的数量和质量：靠舞蹈持续的时间以及舞蹈兴奋程度靠舞蹈持续的时间以及舞蹈兴奋程度传递传递q食物的距离：食物的距离：舞蹈类型决定舞蹈类型决定圆圈舞（很近）圆圈舞（很近）摇摆舞（距离加大）摇摆舞（距离加大）q食物的方位：食物的方位：靠摇摆舞中间直线的方向靠摇摆舞中间直线的方向